#异构架构

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👥 作者: Shangyi Shi, Husheng Han, Zhaoxuan Kan, Yinghao Yang, Jianan Mu, Tenghui Hua, Ge Yu, Xinyao Zheng, Ling Liang, Zidong Du, Xing Hu

该论文针对CKKS全同态加密(FHE)方案计算效率低、硬件开销大的问题,提出一种通信轻量化的异构加速架构HE^2。CKKS支持密文上的SIMD定点运算,包含计算密集型(ComOps)和内存密集型(MemOps)两类算子,现有ASIC或近内存处理(NMP)方案难以兼顾。作者将ASIC(xPU)与NMP(xMU)异构集成,但发现密钥切换(keyswitch)操作导致频繁高延迟的异构通信成为瓶颈。为解决此问题,论文首先提出数据流图(DFG)级优化框架,通过识别并行keyswitch块并融合ModUp/ModDown操作,充分利用提升(hoisting)算法的通信缩减潜力。其次,设计高效的异构架构,采用组级流水线执行,利用分解组间的内在并行性隐藏通信延迟。端到端评估表明,与最先进加速器相比,HE^2可实现1.66倍加速和9.23倍能量-延迟-面积积(EDAP)降低,通信停顿仅占总延迟的6.67%。该工作适合硬件架构研究人员、FHE加速器设计者以及关注隐私计算性能优化的安全从业者阅读。

💡 推荐理由: 同态加密是隐私计算的关键技术,但性能瓶颈严重阻碍其实际部署。HE^2通过软硬件协同优化大幅降低异构通信开销,为FHE硬件加速器设计提供了新思路,有望推动同态加密在云安全、数据共享等场景的应用。

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